支撐一體化大電網(wǎng)的調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

　　1研究背景

　　當(dāng)前，我國特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)運行特性發(fā)生深刻改變，電網(wǎng)調(diào)度控制面臨新的挑戰(zhàn)。一是特高壓長距離、大功率輸電，跨越多個氣候區(qū)，運行環(huán)境復(fù)雜多變，亟需國分省各級調(diào)度同步掌控電網(wǎng)運行態(tài)勢；二是特高壓電網(wǎng)送受端、交直流強(qiáng)耦合，存在局部故障影響全局的安全風(fēng)險，需要在全網(wǎng)層面實時進(jìn)行跨區(qū)一體化安全預(yù)警和風(fēng)險防控；三是大范圍源-網(wǎng)-荷資源的優(yōu)化配置，亟需提升全網(wǎng)范圍精益化調(diào)度控制的決策支撐能力。

　　目前國內(nèi)外電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)都是按調(diào)度機(jī)構(gòu)獨立建設(shè)和運行。雖然電網(wǎng)是互聯(lián)的，但調(diào)度控制系統(tǒng)之間卻是煙囪型的，不能及時獲取管轄區(qū)域外的電網(wǎng)信息，難以實現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)的精益化調(diào)控決策，尤其不能滿足像我國這樣的特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運行的需要。為解決全網(wǎng)一體化決策需求與各級調(diào)度分散控制之間的矛盾，本文將信息通信新技術(shù)理念與互聯(lián)電網(wǎng)強(qiáng)耦合需求緊密結(jié)合，提出了支撐一體化大電網(wǎng)的調(diào)度控制系統(tǒng)總體架構(gòu)，具體闡述了需要重點突破的關(guān)鍵技術(shù)，并對系統(tǒng)研發(fā)面臨的若干關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討。

　　2大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

　　大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)面向強(qiáng)互聯(lián)大電網(wǎng)設(shè)計，基于互聯(lián)網(wǎng)思維，綜合運用云計算、大數(shù)據(jù)等成熟適用的IT先進(jìn)技術(shù)及其理念，以“物理分布、邏輯統(tǒng)一”為指導(dǎo)思想，將物理分布在各級調(diào)度的子系統(tǒng)，通過廣域高速通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一套邏輯上統(tǒng)一的大系統(tǒng)，突破傳統(tǒng)的獨立建設(shè)、就地使用模式的局限，統(tǒng)一為各級調(diào)度提供服務(wù)。

　　這里的“物理分布、邏輯統(tǒng)一”是指采集控制分布、分析決策集中，實時性要求高的采集控制類功能面向當(dāng)?shù)?，分析決策優(yōu)化類功能面向全網(wǎng)。整個大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)由分析決策中心、模型云平臺、分布式監(jiān)控系統(tǒng)等主要部分構(gòu)成，如圖1所示。其中分析決策中心和模型云平臺全網(wǎng)集中部署，監(jiān)控系統(tǒng)按電網(wǎng)管轄范圍分布部署于各級調(diào)控中心。

　　圖1大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

　　基于全網(wǎng)共享的模型云，各級調(diào)度通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)電網(wǎng)信息的按需訪問；基于邏輯統(tǒng)一的全網(wǎng)分析決策，可以實現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)展態(tài)勢的同步感知和安全運行的主動掌控；基于物理分布的監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對大電網(wǎng)的分層分區(qū)監(jiān)視與控制。

　　系統(tǒng)基于外部環(huán)境信息及未來趨勢分析，通過全景監(jiān)視和評估實施控制策略智能調(diào)整，完成電網(wǎng)運行自校正，實現(xiàn)電網(wǎng)“自動巡航”；通過源-網(wǎng)-荷精細(xì)化調(diào)控，電力電量的全局平衡和超前部署，電網(wǎng)事故預(yù)想、預(yù)判、預(yù)控等功能，主動防范電網(wǎng)故障，實現(xiàn)電網(wǎng)主動調(diào)度。

　　3大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

　　支撐平臺是大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，業(yè)務(wù)應(yīng)用功能是系統(tǒng)的核心，驗證和運維則是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障。大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)需要面向調(diào)控業(yè)務(wù)需求，在夯實關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐技術(shù)的前提下，攻克一系列關(guān)鍵技術(shù)，從而實現(xiàn)大電網(wǎng)的全局監(jiān)控、全局分析、全局防控和全局計劃決策。

　　1）系統(tǒng)關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐。分析決策中心既要保證大量周期啟動的分析應(yīng)用功能正常運行，又要協(xié)調(diào)并快速響應(yīng)異地高并發(fā)計算任務(wù)的請求，還要具備高度的可靠性，以保證提供不間斷的服務(wù)。這些都有賴于大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)支撐，需要重點開展中心異地多活和高速并行計算框架等技術(shù)研究。

　　2）按需建模與廣域數(shù)據(jù)分布式處理。全面完整的電力系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)是分析決策全局化的根本保障，需要解決模型按需服務(wù)、數(shù)據(jù)分布式高速處理等技術(shù)難題，提供調(diào)控大數(shù)據(jù)挖掘分析手段，實現(xiàn)電網(wǎng)信息廣域同步感知、同景展示和故障協(xié)同處置。

　　3）計及源荷雙側(cè)不確定性的大電網(wǎng)智能調(diào)度控制。新能源的廣泛接入以及柔性負(fù)荷與電網(wǎng)雙向互動程度的加大，增加了發(fā)電計劃編制和調(diào)度控制的難度；全局分析優(yōu)化則導(dǎo)致計算規(guī)模更大、任務(wù)更重，控制策略的協(xié)同性要求更為迫切。為實現(xiàn)大電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行下的自動巡航，需要攻克源荷模型統(tǒng)一構(gòu)建、多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)運行域生成、多維度實時評估及自主優(yōu)化、分區(qū)電網(wǎng)源荷協(xié)同優(yōu)化控制等技術(shù)。

　　4）大電網(wǎng)一體化在線安全風(fēng)險防控和智能決策。特高壓電網(wǎng)送受端、交直流和上下級電網(wǎng)間耦合緊密，只有通過全局防控才能有效降低電網(wǎng)運行風(fēng)險，而源荷雙側(cè)的不確定性進(jìn)一步加大了電網(wǎng)安全風(fēng)險防控的難度。需要建立科學(xué)的風(fēng)險評估指標(biāo)，量化評估、感知、預(yù)警在線安全風(fēng)險，在此基礎(chǔ)上全局優(yōu)化預(yù)防性控制措施，并對系統(tǒng)保護(hù)和安全自動裝置的運行參數(shù)進(jìn)行在線協(xié)同校核，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

　　5）系統(tǒng)試驗驗證與運維支撐。大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜，在系統(tǒng)開發(fā)過程中需要對支撐平臺和應(yīng)用功能進(jìn)行全面測試，確保系統(tǒng)軟件的功能和性能滿足大電網(wǎng)調(diào)度控制運行的需要；分析決策中心和模型云平臺的集中部署，給運行維護(hù)帶來了困難，需要創(chuàng)新系統(tǒng)運維技術(shù)，提升運維管理效率。

　　4系統(tǒng)研發(fā)關(guān)鍵問題探討

　　大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的研發(fā)建設(shè)除了需要攻克上述各項關(guān)鍵技術(shù)外，在IT新技術(shù)與信息安全、源荷協(xié)同調(diào)度、智能化技術(shù)應(yīng)用、集中決策與五級調(diào)度等方面還面臨諸多挑戰(zhàn)。

　　1）IT新技術(shù)與信息安全。電網(wǎng)調(diào)控有其自身特點，IT領(lǐng)域的新技術(shù)不能簡單地移植到電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中，需要針對大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)特點，進(jìn)行甄別和選擇，尤其是要謹(jǐn)慎使用開源軟件，杜絕可能的后門和漏洞。同時，需要在現(xiàn)有調(diào)控系統(tǒng)安全防護(hù)總體策略的基礎(chǔ)上，借鑒其他行業(yè)經(jīng)驗，動態(tài)采用多種安全防護(hù)手段，建立主動安全防護(hù)體系。

　　2）源荷協(xié)同調(diào)度。通過引導(dǎo)柔性負(fù)荷主動參與電網(wǎng)運行控制，可有效解決電力系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)能力不足的問題。而調(diào)控量大面廣的負(fù)荷，必然使調(diào)控系統(tǒng)更加面向社會，帶來復(fù)雜的安全問題。因此，在實施負(fù)荷調(diào)度時一定要充分做好安全防護(hù)工作，才能將發(fā)電跟蹤負(fù)荷的調(diào)度模式提升為源荷協(xié)同調(diào)度的新模式。

　　3）智能化技術(shù)應(yīng)用。將智能化技術(shù)同電力系統(tǒng)分析技術(shù)相結(jié)合，可以為大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)提供智能化解決方案。但調(diào)度控制的高可靠性要求決定了現(xiàn)在的智能化應(yīng)用仍只能以智能輔助決策為主，未來的終極目標(biāo)是“智能決策、閉環(huán)執(zhí)行”。

　　4）集中決策與五級調(diào)度。統(tǒng)一調(diào)度、分級管理是我國保證電網(wǎng)安全運行的體制性優(yōu)勢。集中決策更多體現(xiàn)了“統(tǒng)一調(diào)度”的思想，而就地控制則反映了“分級管理”的原則。集中決策依賴于統(tǒng)一部署的分析決策中心，為了減輕分析決策中心的計算負(fù)擔(dān)，只涉及本級電網(wǎng)的分析計算盡量在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)完成，真正需要全網(wǎng)統(tǒng)一分析計算的任務(wù)才放到分析決策中心完成，切實發(fā)揮“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的體系架構(gòu)優(yōu)勢。

　　5結(jié)語

　　本文著眼于特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)一體化調(diào)度運行控制重大需求，提出建設(shè)“物理分布、邏輯統(tǒng)一”的大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)。與以往系統(tǒng)相比，大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)具有以下特點：

　　總體架構(gòu)：集中與分布相結(jié)合，監(jiān)控功能分布部署，決策功能集中部署；

　　電網(wǎng)監(jiān)視：實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)同源，運行信息廣域同步感知，電網(wǎng)故障協(xié)同處置；

　　分析應(yīng)用：實現(xiàn)電網(wǎng)優(yōu)化運行的“自動巡航”和安全風(fēng)險防控的“智能決策”。

　　大電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的應(yīng)用將改變調(diào)控中心各自孤立進(jìn)行分析決策的現(xiàn)狀，顯著提升大電網(wǎng)調(diào)度的“預(yù)想、預(yù)判、預(yù)控”能力和智能化水平，為大電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運行保駕護(hù)航。（許洪強(qiáng)，姚建國，於益軍，湯必強(qiáng)）